Evolúcia je proces, ktorý katalyzuje genetické zmeny v populácii organizmov. Napríklad druh rias môže modifikovať svoje svetlo absorbujúce proteíny zo zelenej na červenú, aby im umožnil úspešnejšie sa im dariť v hlbších vodách. Viditeľná zmena charakteristík rias je ale odrazom zmeny celkovej frekvencie špecifických génov v populácii. Z technického hľadiska sa to nazýva alelová frekvencia. Takže evolučná zmena nemôže nastať bez zmien vo frekvencii alel, zatiaľ čo zmena vo frekvencii alel naznačuje, že k vývoju dochádza.
Fenotyp a genotyp
Fenotyp sa týka súboru pozorovateľných fyzických a behaviorálnych vlastností organizmu. Mnohé z týchto znakov sú priamymi prejavmi DNA organizmu, ktorá sa nazýva genotyp. Aj keď niektoré prvky fenotypu sú riadené interakciou genotypov organizmu s prostredím, fenotyp je tak či onak spojený s genotypom.
Genotyp konkrétneho organizmu pozostáva zo súboru genetických pokynov na tvorbu bielkovín. Tieto pokyny sú zvyčajne akousi zmiešanou taškou. Napríklad zelená riasa môže mať časť DNA, ktorá riadi aj syntézu červených bielkovín. Ale iné gény môžu vypnúť gén červeného proteínu, alebo sa možno vytvorí oveľa viac zeleného proteínu ako červeného proteínu. Jeden konkrétny organizmus by teda mohol mať silný zelený genotyp a slabý červený genotyp.
Populačná genetika
Aj keď je evolúcia riadená interakciou prostredia s jediným organizmom, nemôže sa vyvíjať jediný organizmus. Môžu sa vyvíjať iba druhy. Genetici sa teda pozerajú na celkovú distribúciu fenotypu a genotypu v populácii. Možných je veľa rôznych zmesí.
Napríklad populácia zelených rias môže byť zelená, pretože má iba gény na výrobu zelených bielkovín. Môžu však byť aj zelené, pretože majú gény pre zelené proteíny a červené proteíny, ale majú ďalší gén, ktorý smeruje k tomu, aby sa červené proteíny štiepili hneď po ich vytvorení. Gén produkujúci farebný proteín môže byť teda „zelený“ alebo „červený“. Tieto dve možnosti sa nazývajú alely a miera genetickej výbavy druhu je daná frekvenciou alel medzi všetkými organizmami v druhov.
Rovnováha
Predstavte si rybník, hlboký pár stôp, s rastúcimi riasami. Riasy blízko povrchu majú dostatok žltého svetla, ktoré ich zelená bielkovina v poriadku absorbuje. Ale riasy, ktoré sa driftujú nižšie, nemajú veľa žltého svetla - voda absorbuje žlté a prepúšťa viac modrastého svetla, takže hlbšie riasy potrebujú červené bielkoviny, aby sa im darilo vo väčších hĺbkach. Ak by ste mali vyskúšať riasy na povrchu, najzdravšie by boli zelené, zatiaľ čo najzdravšie riasy pod povrchom by boli červené. Všetky riasy sa však navzájom množia, takže percento génov zelených a červených bielkovín by bolo z generácie na generáciu dosť stabilné. Stabilitu alelovej frekvencie popisuje Hardy-Weinbergov princíp.
Zmena
Teraz si predstavte, že je rok silných búrok. Riasy v rybníku vytekajú z brehov a šíria sa do susedných rybníkov. Jeden zo susedných rybníkov je veľmi plytký a druhý je oveľa hlbší. V plytkom rybníku gén červeného proteínu nie je nápomocný, takže úspešnejších je viac čistých zelených bielkovinových rias. To bude mať tendenciu vytlačiť gén červeného proteínu z genofondu - to znamená, že zníži alelovú frekvenciu génu červeného proteínu. V hlbokom rybníku sa môže stať opak. V hlbokých vodách zelená bielkovina nepomáha. Rozdiel v hĺbke zelenej a červenej riasy môže viesť k zmenšeniu génov zelených bielkovín v populácii rias, ktorá sa nikdy nepribližuje k povrchu na rozmnožovanie. Frekvencia alely sa mení v reakcii na tlak prostredia: vývoj funguje.